CN116447191B - 一种双执行器阀口独立控制***主动阻尼补偿抑振方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液压控制技术领域，具体涉及一种双执行器阀口独立控制***主动阻尼补偿抑振方法，S1采集手柄信号、执行器两腔压力，得到采集信号；S2基于采集信号建立所述执行器的运动模式判定模型和工作模式判定模型；S3若运动模式为单执行器运动模式，则执行S4，若工作模式为双执行器复合运动模式，则执行S5；S4建立单执行器阻尼补偿模型，对泵的排量或出口阀的开度进行动态调节；S5建立双执行器阻尼补偿模型，对泵的排量或出口阀的开度进行动态调节，该方法通过对执行器运动数量及工作模式的判断，在执行器不同数量及不同工作模式的运动状态下，均能有效的进行阻尼补偿，在其稳定性的基础上降低执行器在运动过程中的冲击振动。

Description

一种双执行器阀口独立控制***主动阻尼补偿抑振方法

技术领域

本发明涉及液压控制技术领域，尤其涉及一种双执行器阀口独立控制***主动阻尼补偿抑振方法。

背景技术

由于液压***具有结构紧凑、能量密度大的特点，被广泛应用于各类工程机械，传统的工程机械液压控制***均通过一个方向阀控制一个执行器，此种模式下，由于进出阀口存在机械耦合关系，执行器入口阀及出口阀均有较大节流损失，造成能量利用率较低。为了追求更高的能量利用率以节能减排，引入了阀口独立控制回路，通过进出阀口双阀芯打破传统进出阀口耦合关系来减少节流损失，提高能量利用率。

但在阀口独立控制回路中，由于在某些模式下阀口全开，背腔压力调节至较低状态，导致执行器处于低阻尼状态，在运动过程中由于外负载及速度变化引发的振荡冲击较为严重，在多执行器运动过程中，各执行器的工作模式可能不同且运动状态会相互影响，造成在复合动作过程中冲击振动更为严重，使得整个运动过程不平稳，在实际工作过程中，特别是在大型工程机械的大负载情况下，冲击振动不仅会加剧***中各部件磨损速度，还会影响操作人员的舒适性甚至作业安全性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双执行器阀口独立控制***主动阻尼补偿抑振方法，旨在降低阀口独立控制回路下执行器运动过程中所产生的冲击振动。

为实现上述目的，本发明提供了一种双执行器阀口独立控制***主动阻尼补偿抑振方法，包括以下步骤：

S1采集手柄信号、执行器两腔压力，得到采集信号；

S2基于所述采集信号建立所述执行器的运动模式判定模型和工作模式判定模型；

S3若所述运动模式为单执行器运动模式，则执行S4，若所述工作模式为双执行器复合运动模式，则执行S5；

S4建立单执行器阻尼补偿模型，对泵的排量或出口阀的开度进行动态调节；

S5建立双执行器阻尼补偿模型，对泵的排量或出口阀的开度进行动态调节。

其中，所述运动模式判定模型包括：若仅有一个执行器动作，则执行器运动模式为单执行器运动模式，若两个执行器为复合动作，则执行器运动模式为双执行器复合运动模式。

其中，所述工作模式判定模型判断执行器为阻抗伸出工作模式、阻抗缩回工作模式、超越伸出工作模式或超越缩回工作模式。

其中，所述建立单执行器阻尼补偿模型，对泵的排量或出口阀的开度进行动态调节具体方式：

建立单执行器阻尼补偿模型，若执行器工作在阻抗伸出或阻抗缩回工作模式，此时对泵的排量进行动态调节，若执行器工作在超越伸出或超越缩回工作模式，此时无需泵供油，出口阀进行流量控制，此时对出口阀的开度进行动态调节。

其中，所述建立双执行器阻尼补偿模型，对泵的排量或出口阀的开度进行动态调节的具体方式：

建立双执行器阻尼补偿模型，若各执行器均工作在阻抗伸出或阻抗缩回工作模式，将双执行器回路解耦，重载执行器回路对泵的排量动态调节，轻载执行器对进口阀开度进行动态调节；若各执行器均工作在超越伸出或超越缩回工作模式，对各执行器对应的出口阀开度进行动态调节；若一个执行器工作在阻抗伸出或阻抗缩回工作模式，另一个执行器工作在超越伸出或超越缩回工作模式，则工作在阻抗伸出或阻抗缩回工作模式的回路对泵排量进行动态调节；工作在超越伸出或超越缩回工作模式的回路对出口阀开度进行动态调节。

本发明的一种双执行器阀口独立控制***主动阻尼补偿抑振方法，S1采集手柄信号、执行器两腔压力，得到采集信号；S2基于所述采集信号建立所述执行器的运动模式判定模型和工作模式判定模型；S3若所述运动模式为单执行器运动模式，则执行S4，若所述工作模式为双执行器复合运动模式，则执行S5；S4建立单执行器阻尼补偿模型，对泵的排量或出口阀的开度进行动态调节；S5建立双执行器阻尼补偿模型，对泵的排量或出口阀的开度进行动态调节，该方法通过对执行器运动数量及工作模式的判断，在执行器不同数量及不同工作模式的运动状态下，均能有效的进行阻尼补偿，当多执行器均工作在阻抗模式下时，通过对阀口独立控制回路的解耦，等效为多个独立的单执行器液压回路并分别对其进行阻尼补偿，在保证其稳定性的基础上降低了执行器在运动过程中的冲击振动问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明液压***电控方法示意图。

图2为本发明液压***的总体示意图。

图3为解耦后等效单执行器液压回路阻尼补偿示意图。

图4是本发明提供的一种双执行器阀口独立控制***主动阻尼补偿抑振方法流程图。

图5是本发明提供的一种双执行器阀口独立控制***主动阻尼补偿抑振方法步骤图。

图中：电机1、电控变量泵2、油箱3、变量泵排量信号4、第一压力传感器51、第二压力传感器52、第三压力传感器53、第四压力传感器54、第五压力传感器55、第六压力传感器56、阀口独立控制阀组第一联阀61、阀口独立控制阀组第二联阀62、阀口独立控制阀组第三联阀63、阀口独立控制阀组第四联阀64、第一执行器71、第二执行器72、控制手柄8、主动阻尼补偿控制器9、单向阀10。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1至图5，本发明提供一种双执行器阀口独立控制***主动阻尼补偿抑振方法，包括以下步骤：

S1采集手柄信号、执行器两腔压力，得到采集信号；

S2基于所述采集信号建立所述执行器的运动模式判定模型和工作模式判定模型；

具体的，所述运动模式判定模型包括若有且仅有一个执行器动作(即u₁≠0，u₂＝0或u₁＝0，u₂≠0)，则执行器运动模式为单执行器运动模式，若两个执行器为复合动作(u₁≠0，u₂≠0)，则执行器运动模式为双执行器复合运动模式，其中u_i表示操作手柄发出的信号(i＝1或2)；

所述工作模式判定模型判断执行器为阻抗伸出工作模式、阻抗缩回工作模式、超越伸出工作模式或超越缩回工作模式。

其中，i＝1或2，F_i表示外负载力，式中：

F_i＝p_aiA_ai-p_biA_bi (1)

其中p_ai表示液压缸的无杆腔压力，p_bi表示液压缸的有杆腔压力，A_ai表示液压缸的无杆腔面积，A_bi表示液压缸的有杆腔面积。

S3若所述运动模式为单执行器运动模式，则执行S4，若所述工作模式为双执行器复合运动模式，则执行S5；

S4建立单执行器阻尼补偿模型，对泵的排量或出口阀的开度进行动态调节；

具体方式：

建立单执行器阻尼补偿模型，若执行器工作在阻抗伸出或阻抗缩回工作模式，此时对泵的排量进行动态调节，若执行器工作在超越伸出或超越缩回工作模式，此时无需泵供油，出口阀进行流量控制，此时对出口阀的开度进行动态调节。

具体的，单执行器阻尼补偿模型，采用以下计算方式：

当执行器处于阻抗伸出或阻抗缩回工作模式，对变量泵信号进行动态调节达到主动阻尼补偿的效果，采用以下控制信号：

其中，u′_p表示变量泵补偿前的信号，u″_p表示变量泵的补偿信号，u_p表示补偿后的变量泵信号，A_1i表示液压缸i的入口测面积，v_ref,i表示液压缸i的期望速度，k_lp表示变量泵泄露系数，p_p表示变量泵出口压力，n_p表示变量泵转速，k_pp表示变量泵最大排量，k_com表示该阻尼补偿器的反馈增益，ω_c表示高通滤波器的截止频率，p_1i表示液压缸i进口侧的压力。

当执行器处于超越伸出模式或者超越缩回模式时，对出口阀信号进行动态调节达到主动阻尼补偿的效果，采用以下控制信号：

其中，u′_mo表示出口阀补偿前的信号，u″_mo表示出口阀的补偿信号，u_mo表示出口阀补偿后的信号，定义系数：A_2i表示出口侧液压缸面积，压差Δp定义为：Δp＝p_2i-p_t，p_2i表示执行器出口侧的压力，pt表示回油压力。

S5建立双执行器阻尼补偿模型，对泵的排量或出口阀的开度进行动态调节。

具体方式：

建立双执行器阻尼补偿模型，若各执行器均工作在阻抗伸出或阻抗缩回工作模式，将双执行器回路解耦，重载执行器回路对泵的排量动态调节，轻载执行器对进口阀开度进行动态调节；若各执行器均工作在超越伸出或超越缩回工作模式，对各执行器对应的出口阀开度进行动态调节；若一个执行器工作在阻抗伸出或阻抗缩回工作模式，另一个执行器工作在超越伸出或超越缩回工作模式，则工作在阻抗伸出或阻抗缩回工作模式的回路对泵排量进行动态调节；工作在超越伸出或超越缩回工作模式的回路对出口阀开度进行动态调节。

具体的，若各执行器均为阻抗伸出或阻抗缩回工作模式，将双执行器阀口独立控制回路等效解耦为多个单执行器阀口独立控制回路，对各执行器的负载大小进行判断，对于重载执行器，变量泵作为阻尼补偿对象，对于轻载执行器，其对应的入口阀作为阻尼补偿对象；

根据阀口独立控制回路数学模型，各执行器速度满足以下关系式：

其中，v_ci表示重载执行器速度，v_cj表示轻载执行器速度，s表示拉普拉斯算子，β_e表示有效体积模量；α表示各执行器需要的流量比例，m_ci表示各执行器等效负载质量，b表示恒定背腔压力数值，A_1i表示执行器无杆腔面积，F_ei表示执行器的外负载力，为实现对阀口独立控制双执行器回路解耦后的阻尼补偿，轻载执行器入口阀开度与泵排量需满足以下关系式：

式中：

通过以上关系式，便可得到对应的电控变量泵2及轻载执行器入口阀的阻尼补偿信号；

若各执行器均工作在超越伸出或超越缩回模式下，各执行器可视为在单执行器下的超越工作模式，各执行器对应的出口阀主动阻尼补偿方法与单执行器在超越工作模式下的主动阻尼补偿方法一致。

若一个执行器工作在阻抗伸出或阻抗缩回模式下，另一个执行器工作在超越伸出或超越缩回工作模式下，阻抗伸出或阻抗缩回工作模式下的执行器可视为在单执行器下的阻抗伸出或阻抗缩回工作模式，对变量泵的主动阻尼补偿方法与单执行器在阻抗工作模式下的主动阻尼补偿方法一致，超越伸出或超越缩回工作模式下的执行器可视为在单执行器下的超越伸出或超越缩回工作模式，执行器对应的出口阀的主动阻尼补偿方法与单执行器在超越工作模式下的主动阻尼补偿方法一致。

为了更好的理解技术方案，本发明提供以下实施例作进一步的介绍

本实施例涉及的一种双执行器阀口独立控制***主动阻尼补偿抑振方法，液压***如图2所示，阀口独立控制液压回路由电控变量泵2、油箱3、阀口独立控制阀组、执行机构、主动阻尼补偿控制器9、压力传感器、控制手柄8、单向阀10组成，阀口独立控制阀组一端与执行器有杆腔或无杆腔相连，另一端与电控变量泵2和油箱3相连。

在本实施例中，所述主动阻尼补偿控制器9发出变量泵排量信号4，所述第一压力传感器51与所述电控变量泵2出口相连，所述第二压力传感器52与所述第一执行器71无杆腔侧相连、所述第三压力传感器53与所述第一执行器71有杆腔侧相连、所述第四压力传感器54与回油口相连、所述第五压力传感器55与所述第二执行器72无杆腔侧相连、所述第六压力传感器56与所述第二执行器72有杆腔侧相连、所述阀口独立控制阀组第一联阀61与所述第一执行器71无杆腔侧相连、所述阀口独立控制阀组第二联阀62与所述第一执行器71有杆腔侧相连、所述阀口独立控制阀组第三联阀63与所述第二执行器72无杆腔侧相连、所述阀口独立控制阀组第四联阀64与所述第二执行器72有杆腔侧相连、所述主动阻尼补偿控制器9接收手柄及各压力传感器信号并发出泵排量信号和阀芯位移信号，各执行器的负载可能均不同，且执行器均可能涉及到阻抗伸出、阻抗缩回、超越伸出、超越缩回工作模式，执行器工作时可能是单执行器工作，也可能是双执行器工作，不同执行器可能工作在不同的工作模式，因此主动阻尼补偿方法首先采集操作手柄及执行器两腔压力信号；根据采集的手柄及执行器两腔压力信号建立执行器运动模式判定模型和各执行器工作模式判定模型；若执行器运动模式为单执行器运动，则通过单执行器阻尼补偿模型进行主动阻尼补偿，若执行器运动模式为双执行器复合运动，则通过双执行器阻尼补偿模型进行主动阻尼补偿；建立单执行器阻尼补偿模型，根据单执行器工作模式对泵的排量或出口阀开度进行动态调节；建立双执行器阻尼补偿模型，根据不同执行器工作模式对泵的排量或各执行器进出口阀开度进行动态调节。通过上述方法实现了降低阀口独立控制回路运动过程中的冲击振动的控制。

包括以下步骤：

S1采集手柄信号、执行器两腔压力，得到采集信号；

S2基于所述采集信号建立所述执行器的运动模式判定模型和工作模式判定模型；

执行器运动模式判定模型采用以下公式：若有且仅有一个执行器动作(即u₁≠0，u₂＝0或u₁＝0，u₂≠0)，则执行器运动模式为单执行器运动模式，若两个执行器为复合动作(u₁≠0，u₂≠0)，则执行器运动模式为双执行器复合运动模式，其中u_i表示操作手柄发出的信号(i＝1或2)；

所述工作模式判定模型判断执行器为阻抗伸出工作模式、阻抗缩回工作模式、超越伸出工作模式或超越缩回工作模式。

其中，i＝1或2，F_i表示外负载力，式中：

F_i＝p_aiA_ai-p_biA_bi (6)

其中p_ai表示液压缸的无杆腔压力，p_bi表示液压缸的有杆腔压力，A_ai表示液压缸的无杆腔面积，A_bi表示液压缸的有杆腔面积。

S3若所述运动模式为单执行器运动模式，则执行S4，若所述工作模式为双执行器复合运动模式，则执行S5；

S4建立单执行器阻尼补偿模型，对泵的排量或出口阀的开度进行动态调节；

具体的，当执行器处于阻抗伸出或阻抗缩回工作模式，对变量泵信号进行动态调节达到主动阻尼补偿的效果，采用以下控制信号：

其中，u′_p表示变量泵补偿前的信号，u″_p表示变量泵的补偿信号，u_p表示补偿后的变量泵信号，A_1i表示液压缸i的入口测面积，v_ref,i表示液压缸i的期望速度，k_lp表示变量泵泄露系数，p_p表示变量泵出口压力，n_p表示变量泵转速，k_pp表示变量泵最大排量，k_com表示该阻尼补偿器的反馈增益，ω_c表示高通滤波器的截止频率，p_1i表示液压缸i进口侧的压力。

当执行器处于超越伸出模式或者超越缩回模式时，对出口阀信号进行动态调节达到主动阻尼补偿的效果，采用以下控制信号：

其中，u′_mo表示出口阀补偿前的信号，u″_mo表示出口阀的补偿信号，u_mo表示出口阀补偿后的信号，定义系数：

A_2i表示出口侧液压缸面积，压差Δp定义为：Δp＝p_2i-p_t，p_2i表示执行器出口侧的压力，pt表示回油压力。

S5建立双执行器阻尼补偿模型，对泵的排量或出口阀的开度进行动态调节。

具体的，建立双执行器阻尼补偿模型，根据不同执行器工作模式对泵的排量或各执行器进出口阀开度进行动态调节；

若各执行器均为阻抗伸出或阻抗缩回工作模式，将双执行器阀口独立控制回路等效解耦为多个单执行器阀口独立控制回路，对各执行器的负载大小进行判断，对于重载执行器，变量泵作为阻尼补偿对象，对于轻载执行器，其对应的入口阀作为阻尼补偿对象；

判断各执行器负载大小，将重载执行器的入口阀全开：

u_1i＝u_max (8)

对各执行器的背压腔进行压力控制：

u_2j＝k_pe_j+k_I∫e_jdt,j＝1,2 (9)

建立阀口独立控制双执行器液压回路数学模型，利用流量连续方程可得：

其中，pp表示泵出口压力，s表示拉普拉斯算子，qp表示泵产生的流量，qli表示各执行器的流量，β_e表示有效体积模量；

执行器两侧阀口通过的流量可以通过线性表达式表示为如下等式：

其中，q1i表示执行器无杆腔侧流量，q2i表示执行器有杆腔侧流量；

执行器两腔压力通过流量连续方程可以表达为如下等式(假设在执行器伸出情况下)：

其中，p1i表示执行器无杆腔侧压力，p2i表示执行器有杆腔侧压力；

根据执行器动力学平衡方程，可以得到如下表达式：

(m_cis+b_ci)v_ci(s)＝A_1ip_1i(s)-A_2ip_2i(s)-F_ei(s) (15)

其中，mci表示执行器的等效负载质量，bci表示执行器粘性阻尼系数，vci表示执行器速度，A1i表示执行器无杆腔面积，A2i表示执行器有杆腔面积，Fei表示执行器的外负载力；

通过手柄信号来分配各个执行器所需流量

(u_i表示手柄发出的信号)

通过上述建立的数学模型各式联立求解得到执行器各腔压力表达式

对于背腔压力值控制在一定值，设为b,则可得背腔压力表达式为

由上述压力表达式与执行器动力学平衡方程可得执行器速度表达式

通过各执行器速度表达式可得，对于重载执行器，其速度由α_iA_1iβ_en_pV_p(s)决定，对于轻载执行器，其速度由k_pq1iβ_eA_1jα_jn_pV_p(s)+A_1jV_pik_q1jk_vjsu_vj(s)决定，在对双执行器回路解耦等效为多个单执行器回路时，即保证各个执行器运动速度在解耦前后相等。

通过各执行器的速度表达式得到将多个执行器回路等效为多个独立的回路的表达式，即保证在阻尼补偿解耦前后速度保持一致；

在式(17)中，

式(19)和(20)表示高通滤波器，ω_ph和ω_vhj表示高通滤波器的截止频率，应跟据液压***的固有特征频率来选择，将执行器高压侧的压力信号经过高通滤波器滤波后结合反馈增益得到补偿信号，再根据式(17)解出解耦后的补偿信号；

若各执行器均工作在超越伸出或超越缩回模式下，则各执行器对应的出口阀作为阻尼补偿对象，通过压力反馈方法调整各出口阀的开度进行阻尼补偿

其中，i＝1或2；

若一个执行器工作在阻抗伸出或阻抗缩回工作模式，一个执行器工作在超越伸出或超越缩回工作模式，则阻抗伸出或阻抗缩回工作模式对应的执行器的阻尼补偿对象为变量泵，此时变量泵的信号为：

超越伸出或超越缩回工作模式对应的执行器的阻尼补偿对象为出口阀，此时出口阀的信号为：

以上所揭露的仅为本发明一种双执行器阀口独立控制***主动阻尼补偿抑振方法较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (1)

1.一种双执行器阀口独立控制***主动阻尼补偿抑振方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1采集手柄信号、执行器两腔压力，得到采集信号；

S2基于所述采集信号建立所述执行器的运动模式判定模型和工作模式判定模型；所述运动模式判定模型包括：若仅有一个执行器动作，则执行器运动模式为单执行器运动模式，若两个执行器为复合动作，则执行器运动模式为双执行器复合运动模式；所述工作模式判定模型判断执行器为阻抗伸出工作模式、阻抗缩回工作模式、超越伸出工作模式或超越缩回工作模式；

S3若所述运动模式为单执行器运动模式，则执行S4，若所述工作模式为双执行器复合运动模式，则执行S5；

S4建立单执行器阻尼补偿模型，对泵的排量或出口阀的开度进行动态调节；

S5建立双执行器阻尼补偿模型，对泵的排量或出口阀的开度进行动态调节；

所述建立单执行器阻尼补偿模型，对泵的排量或出口阀的开度进行动态调节具体方式：

建立单执行器阻尼补偿模型，若执行器工作在阻抗伸出或阻抗缩回工作模式，此时对泵的排量进行动态调节，若执行器工作在超越伸出或超越缩回工作模式，此时无需泵供油，出口阀进行流量控制，此时对出口阀的开度进行动态调节；

所述建立双执行器阻尼补偿模型，对泵的排量或出口阀的开度进行动态调节的具体方式：

建立双执行器阻尼补偿模型，若各执行器均工作在阻抗伸出或阻抗缩回工作模式，将双执行器回路解耦，重载执行器回路对泵的排量动态调节，轻载执行器对进口阀开度进行动态调节；若各执行器均工作在超越伸出或超越缩回工作模式，对各执行器对应的出口阀开度进行动态调节；若一个执行器工作在阻抗伸出或阻抗缩回工作模式，另一个执行器工作在超越伸出或超越缩回工作模式，则工作在阻抗伸出或阻抗缩回工作模式的回路对泵排量进行动态调节；工作在超越伸出或超越缩回工作模式的回路对出口阀开度进行动态调节。